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1、单相可控整流电路单相可控整流电路1学习要求：学习要求：1.了解整流的概念；2.掌握负载对整流电路的影响；3.能够根据电路形式和负载形式分析整流电压 和电流的波形，并进一步能够计算相应的电压和电流。第二章单相可控整流电路第二章单相可控整流电路单相可控整流电路单相可控整流电路2 本章学习重点本章学习重点 1.单相半波及桥式整流电路的结构。单相半波及桥式整流电路的结构。
2.负载为电阻、阻感、电感足够大等情形下的工作负载为电阻、阻感、电感足够大等情形下的工作 原理和波形分析；原理和波形分析； 3.各种情形下对平均电压，平均电流，有效电流，各种情形下对平均电压，平均电流，有效电流， 功率因数等参数的计
2、算。功率因数等参数的计算。单相可控整流电路单相可控整流电路3最简单的整流电路。最简单的整流电路。利用晶闸管的单向导电特性，在交流电源的作用下，利用晶闸管的单向导电特性，在交流电源的作用下，周期性导通和截止，实现变换，将交流转换成脉动直流。周期性导通和截止，实现变换，将交流转换成脉动直流。第一节单相半波可控整流电路第一节单相半波可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载
电阻性质的负载，如电阻加热炉、电解、电镀。电阻性质的负载，如电阻加热炉、电解、电镀。特点：不论流过负载的电流变化与否，负载两端的电压和特点：不论流过负载的电流变化与否，负载两端的电压和 通过它的电流总是成正比关系，且两者波形相同。
3、通过它的电流总是成正比关系，且两者波形相同。单相可控整流电路单相可控整流电路41.电路结构电路结构设设u u1 1为正弦波。为正弦波。U U1 1,U,U2 2: :有效值有效值u u1 1,u,u2 2 : :瞬时值瞬时值U Ud d : :直流输出电压直流输出电压 平均值。平均值。可控整流：可控整流： u2 0 时时:未加触发电压未加触发电压 uG
，晶闸管不导通；，晶闸管不导通； u2 0 时时:加上触发电压加上触发电压 uG ，晶闸管导通，晶闸管导通 。且。且 ud 的大小随的大小随 uG 加入的早晚而变化；加入的早晚而变化； u2 0 时，晶闸管不通，时，晶闸管不通，ud = 0 。
4、 故称可控整流。故称可控整流。 注意各元件符号的标定单相可控整流电路单相可控整流电路52.工作原理工作原理若在若在t=t=处触发晶闸管，处触发晶闸管，1.1.分析工作原理？分析工作原理？2.2.画出画出ud，id，uT的波形？的波形？单相可控整流电路单相可控整流电路6
在在t=处触发晶闸管，处触发晶闸管，VT开始导通；负载开始导通；负载上电压上电压ud=u2。在在t=时刻，电源电压过零，晶闸管电流小时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流于维持电流而关断，负载电流id=0。1)在在u2正半周，晶闸管正半周，晶闸管VT承受正向电压：承受正向电压：若门极无触发脉冲，若门极无触发脉
5、冲，VT不能导通。不能导通。VT一旦导通，门极失去控制作用。一旦导通，门极失去控制作用。VT处于关断状态，负载电流处于关断状态，负载电流id=0，负载上电压，负载上电压ud=0，直到电源电压，直到电源电压u2的下一周期。的下一周期。2)在在u2负半周，晶闸管负半周，晶闸管VT承受反向电压：承受反向电压：直流输出电压直流输出电压ud和负载电流和负载电流id的波形相位相同。的波形相位相同。单相可控整流电路单相可控整流电路7
通过改变触发角通过改变触发角的大小，的大小，直流输出电压直流输出电压u ud d的波形发生的波形发生变化，负载上的输出电压平变化，负载上的输出电压平均值发生变化。均值发生变化。
6、 显然显然=180=180时，时，u ud d= =0 0。由于。由于晶闸管只在电源电压正半波晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压内导通，输出电压u ud d为极性为极性不变但瞬时值变化的脉动直不变但瞬时值变化的脉动直流，故称流，故称“半波半波”整流。整流。单相可控整流电路单相可控整流电路8（1
1）控制角）控制角与导通角与导通角控制角控制角：也称触发延迟角或触发角，也称触发延迟角或触发角，是指晶闸管从是指晶闸管从承受正向电压起承受正向电压起到到触发导触发导通通之间的电角度。之间的电角度。导通角导通角：指晶闸管在一周期内指晶闸管在一周期内导通导通的的电角度。电角度。（2） 移相与移相范围移
7、相与移相范围 移相：移相：是指改变触发脉冲是指改变触发脉冲u uG G出现的时刻，即改变控制角出现的时刻，即改变控制角的大小。的大小。 移相范围：移相范围：是指是指触发脉冲触发脉冲u uG G的移动范围的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。，它决定了输出电压的变化范围。 单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0
0180180。几个名词几个名词对于单相半波整流电阻性负载：对于单相半波整流电阻性负载：单相可控整流电路单相可控整流电路922212sin(1cos)22dUUUtd t2cos145. 02 U输出平均电压：输出平均电压：输出电压有效值
8、：输出电压有效值： td) tsinU2(21U22 22sin41U22.基本数量关系基本数量关系1）整流输出平均电压）整流输出平均电压Ud与与 输出电压有效值输出电压有效值U改变a可改变Ud 1. a =?时Ud最大？ Udmax
=？2.a的范围？单相可控整流电路单相可控整流电路10输出平均电流输出平均电流:2221cos(1cos)0.4522ddUUUIRRR输出电流有效值输出电流有效值:21sin 242UUIRR2）整流输出平均电流）整流输出平均电流Id与整流输出电流有效值与整流输出电流有效值I3)3)晶闸管承受的最大正反向电压：晶闸管承受的最大正反向电压：22mUU思考：当.a
9、 =0时 Id =？U Um m是相电压峰值是相电压峰值: :单相可控整流电路单相可控整流电路114）功率因数（）功率因数（Power Factor） 每种电机系统均消耗两大功率：真正的有用功及电抗性每种电机系统均消耗两大功率：真正的有用功及电抗性的无用功。的无用功。
功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高，功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。 功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，是电力功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数低
10、，说明电路用于交系统的一个重要的技术数据。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。一定的标准要求。 单相可控整流电路单相可控整流电路12
在交流电路中，电压与电流之间的相位差在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做的余弦叫做功率因数，用符号功率因数，用符号cos表示。表示。 在数值上，在数值上，整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功
11、率的比值视在功率的比值 式中式中: : P P变压器二次侧有功功率变压器二次侧有功功率 S S变压器二次侧视在功率变压器二次侧视在功率 U U输出电压有效值输出电压有效值 U U2 2变压器二次侧输出电压有效值变压器二次侧输出电压有效值 I,I I,I2 2输出电流有效值输出电流有效值221cossin242PUISU
I单相可控整流电路单相可控整流电路13相控整流电路的缺点：相控整流电路的缺点： 相控的方法只能是滞后触发，即使是电阻性负载，对交流电源来说，相控的方法只能是滞后触发，即使是电阻性负载，对交流电源来说，变压器二次电流变压器二次电流i i2 2总要滞后于电压总要滞后于电压u u2
12、2，相当于一个感性负载吸取滞后的无，相当于一个感性负载吸取滞后的无功电流。显然功电流。显然角越大，角越大，i i2 2滞后于滞后于u u2 2的角度就越大，其功率因数就越低。的角度就越大，其功率因数就越低。
控制角控制角对功率因数的影响，会对电网造成二次污染。对功率因数的影响，会对电网造成二次污染。a=0a=0时，时，PFPF最大，为最大，为0.。单相可控整流电路单相可控整流电路14例例2-1 单相半波相控整流电路，电阻性负载，单相半波相控整流电路，电阻性负载，Rd=5，由，由220V交流电源直接供电，要求输出平均直流电压交流电源直接供电，要求输出平均直流电压50V，求，求晶闸
AVIIAA选取可选用晶闸管的型号为可选用晶闸管的型号为KP30-9。 答案答案单相可控整流电路单相可控整流电路16 1.电路结构电路结构 阻感性负载的等效电路阻感性负载的等效电路 可用电感和电阻的串联可用电感和电阻的串
14、联 电路来表示。电路来表示。二、电感性负载与续流二极管二、电感性负载与续流二极管
实践中经常碰到负载中既有电阻又有电感，当负载的感抗与实践中经常碰到负载中既有电阻又有电感，当负载的感抗与电阻的数值相比不可忽略时称为电感性负载，例如各种电机电阻的数值相比不可忽略时称为电感性负载，例如各种电机的励磁绕组。的励磁绕组。电感性负载电感性负载注意符号的标定，尤其负载输出电压ud单相可控整流电路单相可控整流电路17电感的基本特性电感的基本特性电感的特性：电感的特性：“阻交通直阻交通直”
。板卡中，电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面板卡中，电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面 。电感的存在是无功功
15、率存在的原因，致使功率因数下降。电感的存在是无功功率存在的原因，致使功率因数下降。diELdti 增大i 减小diELdt储能释放单相可控整流电路单相可控整流电路182.工作原理工作原理若在若在t=t=处触发晶闸管，处触发晶闸管，1.1.分析工作原理？分析工作原理？(ud，id，uT ) 提示：提示： 1）u20时： t=0-期间？ 在t=时刻？ 在t=t1-t2期间？
在t=t2-期间？ 2）在t=时： 3） u20时： 在t=-t4期间？ 在t=t4时刻？2.2.画出画出ud，id，uT的波形？的波形？单相可控整流电路单相可控整流电路192.工作原理工作原理1 1） u20时：在在t=t=
16、0-0-期间：期间：VTVT正向关断，正向关断， u ud d=0=0，i id d=0=0，u uT T=u=u2 2。在在t=t=时刻：时刻： VTVT触发导通，电源电压触发导通，电源电压u u2 2加到负载侧，加到负载侧，u ud d=u=u2 2。由于电感的存在，输出由于电感的存在，输出电流电流i id d只能从零按指数规律逐渐上升，只能从零按指数规律逐渐上升， u uT
T=0=0。在在t=tt=t1 1- -tt2 2期间：期间： VTVT继续导通，继续导通，ud=u2，i id d从零增至最大值。从零增至最大值。在在i id d的增长过程的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电
17、流增大，中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量分别供给负载电阻和电感的电源提供的能量分别供给负载电阻和电感的储能。储能。 uT=0。在在t=tt=t2 2-期间：期间： VTVT继续导通，继续导通，u ud=u=u2，负，负载电流从最大值开始下降，电感释放能量，载电流从最大值开始下降，电感释放能量，u uT T=0=0。 单相可控整流电路单相可控整流电路202
2）在）在t=t=时：时：交流电压交流电压u u2 2过零，由于感应电势的存在，过零，由于感应电势的存在，u uAKAK仍大仍大于零，于零， VTVT继续导通，继续导通，ud=u2， i id d继续下降，继续下降，uT
18、=0.电感的储能释放变成电阻的热能和电能送电感的储能释放变成电阻的热能和电能送回电网。回电网。3) 3) u20时： 在在t=-t4期间：期间：由于VT继续导通，继续导通，ud=u2，i id d继续下降，继续下降，uT=0。直到。直到电感储能全部释放完毕。电感储能全部释放完毕。 在在t=tt=t4 4时刻：时刻：电感储能全部释放完毕，电感储能全部释放完毕， VTVT在在u u2
2反压作用下截止。直到下一个周期的正半反压作用下截止。直到下一个周期的正半周，即周，即t=2+t=2+时再次被触发导通，如此循环时再次被触发导通，如此循环不已。不已。 单相可控整流电路单相可控整流电路21u2tudt
19、uTt由于电感的存在，电流波形不能突变，感应电势的作用延迟了晶闸管由于电感的存在，电流波形不能突变，感应电势的作用延迟了晶闸管关断时间，使关断时间，使ud出现负值，输出直流平均电压下降。使得：出现负值，输出直流平均电压下降。使得：单相可控整流电路单相可控整流电路223.数量关系数量关系从从U Ud d的波形可以看出：的波形可以看出： 电感电感L L的存在使的存在使U U2
2由正到负过零点也不会关断，由正到负过零点也不会关断，u ud d出现出现负波形，负波形，U Ud d和和I Id d减小；若减小；若L L时，时，i id d也很小，也很小， u ud d正负面积正负面积趋于相等，趋于相等
20、， U Ud d趋于零。趋于零。 所以实际的大电感电路中，常在负载两端并联一个续流所以实际的大电感电路中，常在负载两端并联一个续流二极管。二极管。直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d为为)(sin2212ttdUUd影响导通角的因素：影响导通角的因素：1.控制角：控制角： a越小，越小，越大；越大；2 2. .与与L L，R
R有关；有关；3.3.与阻抗角有关。与阻抗角有关。(5(5章章) )u2tudtuTt单相可控整流电路单相可控整流电路23电感性负载加续流二极管电感性负载加续流二极管1.1.电路结构电路结构电感性负载加续流二极管的电路如图所示。电感性负载加续流二极管的电路如图
21、所示。单相可控整流电路单相可控整流电路242 2）u u2 20 0时：时：电感电感L L的感应电势使续流二极管的感应电势使续流二极管VDVD导通续流，导通续流，负载两端的输出电压为负载两端的输出电压为VDVD的管压降。若忽略的管压降。若忽略VDVD的正向压降，则的正向压降，则u ud d=0=0；由于此时电压；由于此时电压u u2 20 0，u u2
2通过通过VDVD使使VTVT承受反压而关断，承受反压而关断，u uT T=u=u2 2；若电感足够大，若电感足够大，VDVD一直导通到下一周期一直导通到下一周期VTVT导通，导通，使使i id d连续，且连续，且i id d波形近似为一条直线
22、。波形近似为一条直线。2.工作原理工作原理1 1）u u2 20 0时：时：VTVT的的u uAKAK0 0。在在t=t=处触发处触发VTVT使其导通，形成使其导通，形成i id d，u
ud=u=u2，此间续流二极管此间续流二极管VDVD承受反向阳极电压而关断。承受反向阳极电压而关断。（此区间各个参数波形与大电感时相同）（此区间各个参数波形与大电感时相同）单相可控整流电路单相可控整流电路25以上分析可看出：以上分析可看出：由于由于u ud
d未出现负值，续流二极管未出现负值，续流二极管VDVD起到提起到提高输出电压的作用。高输出电压的作用。电感性负载加续流二极管后，输出电压波电感性负载加续流
23、二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同。形与电阻性负载波形相同。 若若L L，id波形连续且近似一条直线，波形连续且近似一条直线，此此电流由电流由VTVT和和VDVD共同分担。晶闸管导通期从共同分担。晶闸管导通期从晶闸管流过，晶闸管关断期从续流二极管晶闸管流过，晶闸管关断期从续流二极管流过。流过。移相范围：移相范围：0
0180180，与单相半波可控整流，与单相半波可控整流器电阻性负载相同。器电阻性负载相同。单相可控整流电路单相可控整流电路26加续流二极管后，加续流二极管后，ud波形和波形和电阻性负载一样，因此电阻性负载一样，因此Ud计算式和电阻性负载一样计算式和电阻性负载一样电感足够大时
24、，可近似认为电感足够大时，可近似认为电流波形为一条直线，电流电流波形为一条直线，电流的脉动比电阻性负载时小的的脉动比电阻性负载时小的多。多。单相可控整流电路单相可控整流电路273.数量关系数量关系（假设（假设L ，id连续近似直线）连续近似直线）1）输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id2cos145. 02cos122 dsin22212dUUttUU2cos10.45
dddRURUI虽与电阻性负载的虽与电阻性负载的电流平均值相同，电流平均值相同，但脉动小，输出电但脉动小，输出电流品质高。流品质高。单相可控整流电路单相可控整流电路28晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdT与电流有效值与
25、电流有效值IT （ idid连续近似直线连续近似直线）
电流平均值电流平均值IdTd2-dTIId2)(2d21TItdIIddDR2II电流有效值电流有效值IT续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR与电流有效值与电流有效值IDRd02dDR2)(21ItdII电流平均值电流平均值IdDR电流有效值电流有效值IDR单相可控整流电路单相可控整流电路294）晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压）晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压
VT和和VD承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。22UUUUmRRMDRM单相可控整流电路单相可控整流电路
26、30特别注意：特别注意：1）触发脉冲的宽度：）触发脉冲的宽度：
大电感负载时，由于大电感负载时，由于L的抑制作用，使得达到擎住电流的抑制作用，使得达到擎住电流的时间增加，所以触发脉冲要有一定的宽度，以防止管子的时间增加，所以触发脉冲要有一定的宽度，以防止管子导通时，由于阳极电流上升太慢以致还没有上升到擎住电导通时，由于阳极电流上升太慢以致还没有上升到擎住电流触发脉冲已经消失，造成晶闸管又一次截止。流触发脉冲已经消失，造成晶闸管又一次截止。2）变压器的直流磁化问题）变压器的直流磁化问题
变压器次级绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化，变压器次级绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化，为使变压器不饱和，
27、必须增大铁心截面。为使变压器不饱和，必须增大铁心截面。单相可控整流电路单相可控整流电路31 优点优点: 电路简单，调整方便，容易实现。电路简单，调整方便，容易实现。单相半波可控整流电路特点：单相半波可控整流电路特点： 缺点：缺点： 输出电压脉动大，每周期脉动一次；输出电压脉动大，每周期脉动一次；
变压器次级绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化，为变压器次级绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大，变压器容量不能充分利用。量增大，变压器容量不能充分利用。 应用：应用： 单相半波可控整流电路只适于
28、小容量、波形要求不高的场合。单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。单相可控整流电路单相可控整流电路32第二节单相桥式全控整流电路第二节单相桥式全控整流电路单相桥式整流电路中，把四个整流管都换成晶闸管，就组成单相桥式整流电路中，把四个整流管都换成晶闸管，就组成单相桥式全控整流电路。单相桥式全控整流电路。一、电阻性负载一、电阻性负载1.电路结构电路结构注意晶闸管的注意晶闸管的编号编号单相可控整流电路单相可控整流电路332.工作原理工作原理
30、T3VT3同时触发导通同时触发导通 , ,工作过程同上。工作过程同上。5)VT25)VT2、VT3VT3一直导通到一直导通到t=2t=2为止，为止， u u2 2再次过零，再次过零， VT2VT2、VT3VT3关断。关断。VT1,4VT2,3VT1,4VT1，VT4和和VT2，VT3在对应时刻不断周期性交在对应时刻不断周期性交替导通和关断。替导通和关断。3) t3) t时刻时刻:
31、流电路34负载上正负两个半波内均有同向的电流流过，负载上正负两个半波内均有同向的电流流过，一个周期脉动两次，直流输出电压、电流的脉动一个周期脉动两次，直流输出电压、电流的脉动程度较单相半波得到了改善。程度较单相半波得到了改善。移相范围是移相范围是0 0180180。
=0=0时，输出电压最高；时，输出电压最高；=180=180时，输出电压最小。时，输出电压最小。晶闸管承受晶闸管承受U UDRMDRM=1/2=1/2U Um,Um,URRMRRM= =U Um m。变压器二次绕组在两个半周期的电流方向相反变压器二次绕组在两个半周期的电流方向相反且波形对称，不存在直流磁化问题，并提高了且波形对称，
32、不存在直流磁化问题，并提高了变压器的有效利用率。变压器的有效利用率。单相可控整流电路单相可控整流电路35（1 1）输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d 2cos19 . 02cos122 dsin21222dUUttUU2cos19 .
02ddRURUI3.基本数量关系基本数量关系输出电压平均值输出电压平均值Ud为为输出电流平均值输出电流平均值Id为为单相半波整流单相半波整流时的时的2倍倍单相可控整流电路单相可控整流电路362sin21dsin22122UttUU2sin2122RURUII（2）输出电压有效值）输出电压有效值U（3）输出电流有
33、效值）输出电流有效值I与变压器二次侧电流与变压器二次侧电流I2输出电流有效值输出电流有效值I与变压器二次侧电流与变压器二次侧电流I2相同相同 单相可控整流电路单相可控整流电路37（5 5）晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管电流有效值与晶闸管电流有效值I IT T
ddT21II2sin21cos2IUUISP轮流导通，导通角相轮流导通，导通角相同，各占同，各占Id的一半，的一半，与单相半波整流相同与单相半波整流相同222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIT（4 4） 功率因数功率因数coscos显然功率因数与显然功率因数与相关，相关，=0=0时，时，c
34、oscos=1=1。 单相可控整流电路单相可控整流电路38 移相范围均为移相范围均为0 0180180； 输出电压平均值输出电压平均值U Ud是半波整流电路的倍；是半波整流电路的倍； 相同负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半；相同负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半； 功率因数提高了功率因数提高了 倍。倍。2
通过上述数量关系的分析，通过上述数量关系的分析，电阻负载时，电阻负载时，对单相全对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：单相可控整流电路单相可控整流电路39 1.1.电路结构电路结构二、阻感性负载二、阻感性负载为了讨论方便，假设
35、：为了讨论方便，假设： 1 1）L L足够大，足够大，i id d连续，波形为一水平线。连续，波形为一水平线。 2 2）电路已进入平稳状态）电路已进入平稳状态, , 电流波形已经形成。电流波形已经形成。单相可控整流电路单相可控整流电路401 1）u u2 20： t=t=0 0区间：区间：
无触发脉冲，无触发脉冲，VT1VT1、VT4VT4正向关断。正向关断。由于电路已工由于电路已工作在稳定状态，作在稳定状态，idid为一水平直线为一水平直线，由于电感释放，由于电感释放能量，晶闸管能量，晶闸管VT2VT2、VT3VT3维持导通。维持导通。 tt= =时刻：时刻： VT1 VT1、VT4VT4同
VT1VT1、VT4VT4反压关反压关断，断，电源电压沿正半周期的方向施加到负电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，载上，u ud d=-=-u u2 2，i id d不变，方向：不变，方向：bVT3LRVT2aTrbVT3L
39、RVT2aTr的二次绕组的二次绕组b b，VT2VT2、VT3VT3一直导通到下一周期一直导通到下一周期tt=2=2+处再次触发处再次触发VT1VT1、VT4VT4为止。为止。注意注意:与与id不同，不同，i2为正负方波。为正负方波。VT1,4VT2,3VT1,4换相换相单相可控整流电路单相可控整流电路43从波形可以看出:90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以:
移相范围是090。控制角在090之间变化时，晶闸管导通角，导通角与控制角无关。22U9090时，时，出现电流断续出现电流断续情况。情况。晶闸管承受的最大正、反向电压 Um = 单相可控整流电路单相可控整流电路44cos9 .
d波形是一条水平线。一个周期波形是一条水平线。一个周期内两组晶闸管轮流导通内两组晶闸管轮流导通, ,每组各导通每组各导通180180，变压器次级中的电流变压器次级中的电流i i2 2是正负对称的方波。是正负对称的方波。单相可控整流
41、电路单相可控整流电路46（4）晶闸管）晶闸管通态平均电流通态平均电流 IT(AV) dddTdTIIII2122 dIII45. 057. 1TT(AV)（3 3）晶闸管的电流平均值）晶闸管的电流平均值I IdTdT和电流有效值和电流有效值I IT
T由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。只有负载上平均电流的一半。ddTTIIII2122单相可控整流电路单相可控整流电路47dIII45. 057. 1TT(AV)实际应用中，实际应用中，I Id d为负载需求的最大平均电流为负载需求的最大平均电流I Idmaxd
.一般还要进行一定的放大（一般还要进行一定的放大（1.5 1.5 2 2）倍）倍才满足实际选择晶闸管要求。才满足实际选择晶闸管要求。单相可控整流电路单相可控整流电路483. 若若L不够大，电流断续不够大，电流
43、断续有关。，和大小与RL)cos(cos22 dsin2122dUttUU输出电压平均值输出电压平均值U Ud d实际设计中要考虑尽量使实际设计中要考虑尽量使L
L增大，从而使问题简化，系统增大，从而使问题简化，系统得到优化。得到优化。单相可控整流电路单相可控整流电路49三、反电动势负载三、反电动势负载1.1.电路结构电路结构负载中的蓄电池、直流电动机的电枢等这类负载本身是一个负载中的蓄电池、直流电动机的电枢等这类负载本身是一个直流电源，对于可控整流电路来说就构成反电动势负载。直流电源，对于可控整流电路来说就构成反电动势负载。可能是一组蓄电池：可能是一组蓄电池：也可能是一台直流电动机：也可能是
44、一台直流电动机：E E：充电电路充电电路调压调速调压调速注意：极性与晶闸注意：极性与晶闸管导通方向相反。管导通方向相反。单相可控整流电路单相可控整流电路502.2.工作原理工作原理22sinduUEudt2E与电阻负载相比与电阻负载相比, ,晶闸管提前了电角度晶闸管提前了电角度停止停止导电，导电，称作停止导电角。称作停止导电角。核心问题：核心问题：
即使有触发脉冲，也只有即使有触发脉冲，也只有u ud dE E时晶闸管才导通。时晶闸管才导通。 若导通，在若导通，在u ud dE E时，晶闸管反压关断。时，晶闸管反压关断。晶闸管导通角晶闸管导通角减小减小导通、关断临界条件：导通、关断临界条件：2
45、1U2Esin 停止导通角：停止导通角：单相可控整流电路单相可控整流电路51 时，晶闸管即使触发也不可能导通。时，晶闸管即使触发也不可能导通。为使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始为使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压承受正电压 ( (tt= =)
)时，触发脉冲仍然存在。时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，即这样，相当于触发角被推迟，即minmin= =。需注意：需注意：udt2E单相可控整流电路单相可控整流电路52d21( 2sin)d UEUtEt 3. 基本数量关系基本数量关系（1 1）输出电压平均值）输出电压平均值
46、U Ud d和输出电流平均值和输出电流平均值I Id d输出电压平均值输出电压平均值U Ud d: :输出电流平均值输出电流平均值I Id d ：22sin1() ()ddUEUtEIdtRR udt2E电流断续电流断续单相可控整流电路单相可控整流电路53
若负载为直流电动机时，电流断续是不允许出现的。若负载为直流电动机时，电流断续是不允许出现的。解决办法：解决办法：在负载回路串接平波电抗器在负载回路串接平波电抗器大电感，大电感，以达到以达到减小电流脉动，减小电流脉动，延长晶闸管导通时间的目的。延长晶闸管导通时间的目的。若电感足够大，电流就能连续，工作情况与电感性负载相同。若电感足够大，电流就
47、能连续，工作情况与电感性负载相同。3222minminmin2 2sin2 22.87 10dddUaUULIIII Idmindmin通常是给定的最小电流值（约额定值的通常是给定的最小电流值（约额定值的5 5）。）。单相可控整流电路单相可控整流电路54总结：总结：单相桥式全控整流电路中，若负载呈感性单相桥式全控整流电路中，若负载呈感性(L(L)
48、U Ud d？ I Id d? ?思考：思考：若若9090，负载是极性与整流时相反，幅值稍大的，负载是极性与整流时相反，幅值稍大的
蓄电池或直流电源，会是什么情况？蓄电池或直流电源，会是什么情况？单相可控整流电路单相可控整流电路55与单相桥式全控整流电路工作情况相同，参数计算亦相同。与单相桥式全控整流电路工作情况相同，参数计算亦相同。第三节单相桥式半控整流电路第三节单相桥式半控整流电路单相桥式整流电路中，采用两个晶闸管同时导通规定电流单相桥式整流电路中，采用两个晶闸管同时导通规定电流流通的路径。若仅用于整流状态，每个支路只需一个晶闸流通的路径。若仅用于整流状态，每个支路只需一个晶闸管就能控制导
49、通的时刻，用硅整流管来限定电流的路径。管就能控制导通的时刻，用硅整流管来限定电流的路径。一、电阻性负载一、电阻性负载单相可控整流电路单相可控整流电路56将单相桥式全控整流电路中将单相桥式全控整流电路中的两个晶闸管用大功率整流的两个晶闸管用大功率整流二极管代替。二极管代替。1.1.电路结构电路结构二、电感性负载二、电感性负载单相可控整流电路单相可控整流电路572)2)t=t=: :
2过零变正时，电流从过零变正时，电流从VD2VD2转移至转移至VD4VD4。VT3VT3和和VD4VD4续流，续流，u ud d=0=0。 此后重复以上过程。此后重复以上过程。u2tudt2 3 3）u u2 20 0： 由于大电感的存在，输出电流波形为由于大电感的存在，输出电流波形为一水
51、平线。一水平线。tt+: +: VT1VT1继续导通继续导通, ,由于由于u ub bu ua a，使电流从，使电流从VD4VD4转移至转移至VD2VD2，VD4VD4关断，电流不再流经变压器二次绕关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是经组，而是经VT1VT1和和VD2VD2续流，续流，u ud d=u=u2
2=0=0。单相可控整流电路单相可控整流电路59u2tudt2udt2失控现象失控现象:上述电路特点：上述电路特点：晶闸管在触发时换相；晶闸管在触发时换相；二极管在电源过零时换相。二极管在电源过零时换相。实际运行中，当突然把控制角实际运行中，当突然把控制角增大到增大到180180或突然把
52、触发电路切断时，会发生一个将闸或突然把触发电路切断时，会发生一个将闸管直通而两个二极管轮流导通的异常现象，管直通而两个二极管轮流导通的异常现象，称为失控。称为失控。失控现象失控现象单相可控整流电路单相可控整流电路60 上述电路具有自续流能力，为避免可能发生的失控现象，上述电路具有自续流能力，为避免可能发生的失控现象，需要加设续流二极管需要加设续流二极管VDVDR
53、2d RUIdd dDTI2II dDRII d2II 单相可控整流电路单相可控整流电路62单相桥式半控整流电路的另一种接法如下图，这样可省去单相桥式半控整流电路的另一种接法如下图，这样可省去续流二极管续流二极管(VD3(VD3，VD4VD4兼续流作用兼续流作用) )。单相可控整流电路单相可控整流电路63第四节第四节 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路
要使晶闸管导通，除了加正向阳极电压外，还必须在控要使晶闸管导通，除了加正向阳极电压外，还必须在控制极和阴极之间加触发电压，提供触发电压的电路称为触发制极和阴极之间加触发电压，提供触发电压的电路称为触发电路。电路。 触发电路的种类很多，常用的有
54、单结晶体管触发电路、触发电路的种类很多，常用的有单结晶体管触发电路、阻容移相触发电路、集成触发电路以及晶体管触发电路等。阻容移相触发电路、集成触发电路以及晶体管触发电路等。 本节重点介绍单结晶体管触发电路。本节重点介绍单结晶体管触发电路。单相可控整流电路单相可控整流电路64对触发电路的要求对触发电路的要求(1) 应能提供足够大的触发功率。应能提供足够大的触发功率。 (4)
为了保证触发时间准确，触发脉冲具有陡峭上升沿，为了保证触发时间准确，触发脉冲具有陡峭上升沿， 并并有足够的宽度。有足够的宽度。 (3) 触发脉冲应与主电路的交流电源同步，使每一个周期触发脉冲应与主电路的交流电源同步，使每一个
55、周期 都能在同样的相位上触发。都能在同样的相位上触发。 (2) 触发脉冲应能在足够宽的范围内平稳地移相。触发脉冲应能在足够宽的范围内平稳地移相。 单相可控整流电路单相可控整流电路65一、单结晶体管的结构与特性一、单结晶体管的结构与特性1. 1. 单结晶体管的外形符号与结构单结晶体管的外形符号与结构 N型单结晶体管型单结晶体管
单结晶体管外形与普通三极管相似具有三个电极，但不是三极管，单结晶体管外形与普通三极管相似具有三个电极，但不是三极管，而是具有三个电极的二极管，而是具有三个电极的二极管，即发射极即发射极 e e、第一基极、第一基极 b1b1、第二基极、第二基极 b2b2，由于由于管内只有一
56、管内只有一个个PN结，所以称为单结晶体管。结，所以称为单结晶体管。 单结晶体管的图形符号如图单结晶体管的图形符号如图(c)(c)所示，发射极箭头倾斜指向所示，发射极箭头倾斜指向b b1 1，表示经表示经PNPN结的电流只流向结的电流只流向 b b1 1 极。极。 单相可控整流电路单相可控整流电路66图图( (d) )是它的等效电路图。是它的等效电路图。因为因为 e 和和 b1
间是一个间是一个PN 结，故用二极管结，故用二极管V等效，其正向压降等效，其正向压降VD =0.7V。Rb1 ：e 与与 b1 间电阻，它间电阻，它随发射极电流而变，随发射极电流而变，IE上升，上升，Rb1下降。下降。R
57、b2 ：e 与与 b2 间电阻，数值与间电阻，数值与 IE 无关。无关。R Rbbbb表示两基极间电阻，表示两基极间电阻，Rbb = Rb1 + Rb2。 称为分压比，称为分压比， 一般在一般在 0.3 0.8 之间。之间。 bbb1RR 单结晶体管的型号有单结晶体管的型号有 BT31、 BT32、 BT33、 BT35
等。等。单相可控整流电路单相可控整流电路672.2.单结晶体管的负阻单结晶体管的负阻单结晶体管具有单结晶体管具有负阻特性负阻特性。所谓负阻特性，就是当发射极。所谓负阻特性，就是当发射极电流增加时，发射极电压电流增加时，发射极电压 VE反而减小。反而减小。若在若在b1、b2间加
58、固定电压间加固定电压 VBB，且在，且在e和和 b1 间加一个可调节的电源间加一个可调节的电源 GE，A点电点电位位VA为：为：112bABBBBbbRVVVRR单相可控整流电路单相可控整流电路68当当 VE V VA A时，二极管时，二极管 V 处于反偏，不导处于反偏，不导通，此时只有很小的反向漏电流。通，此时只有很小的反向漏电流。逐渐增大逐渐增大V VE E，当当V VE E=
59、电压，表示峰点电压，V VP P= = V VBBBB+V VD D；此时的电流称为峰点电流此时的电流称为峰点电流I IP P。单相可控整流电路单相可控整流电路69PN 结正偏，大量的载流子流入结正偏，大量的载流子流入b1 极，极， Rb1 迅速减小，迅速减小， V
VA迅速下降，迅速下降，VeVe随之下降，随之下降，Ie迅速增加，更多的载流子进入迅速增加，更多的载流子进入e-b1， R Rb1 减小更多减小更多 形成正反馈，进入负阻区形成正反馈，进入负阻区。当当e-b1之间的载流子浓度达到一定极限之间的载流子浓度达到一定极限后，后，Rb1下降至极限不再下降，下降至极限不再下降，VE下降到谷下
60、降到谷点电压点电压VV，此时的电流称谷点电流，此时的电流称谷点电流 IV。欲使欲使IV继续增大，必须增大继续增大，必须增大VE，使使V VE E VV急剧上升的急剧上升的 I IE E 使得使得 V VE E
反而减小，呈现明反而减小，呈现明显的负阻特性。显的负阻特性。饱和饱和单相可控整流电路单相可控整流电路701）UeUA时，时，PN结反偏，只有很小的反偏电流结反偏，只有很小的反偏电流2）UeUA+UD时，二极管导通，载流子注入时，二极管导通，载流子注入A点，点，Rb1减小，减小， Ie增大，注入更多载流子，形成正反馈，进入负阻区增大，注入更多载流子，形成正反馈，进入负阻区3）当）当Ie增大
61、到一定程度时，载流子饱和，要使增大到一定程度时，载流子饱和，要使Ie增大，必须增大，必须 增大增大Ue单结晶体管工作特性总结：单结晶体管工作特性总结：单相可控整流电路单相可控整流电路71IeUePVDbbPUEU 峰点峰点P P峰点电压峰点电压UP峰点电流峰点电流IP谷点谷点V谷点电压谷点电压UV谷点电流谷点电流IVUP， U UV V的值随的值随E
Ebbbb改变而改变。改变而改变。单相可控整流电路单相可控整流电路72二、单结晶体管自振荡电路二、单结晶体管自振荡电路利用单结晶体管的负阻特性可构成自激振荡电路，产生利用单结晶体管的负阻特性可构成自激振荡电路，产生控制脉冲，用以触发晶闸管。控制脉
62、冲，用以触发晶闸管。1.1.电路结构电路结构单相可控整流电路单相可控整流电路73ReCub1R1R2EuCtuPuVub1t2.2.工作原理工作原理电源电源未接通，未接通，u uc c=0=0。电源电源接通，接通，C C充电，充电，u uc c升高。升高。 当当u uC C=U=UP P 时，单结管导通，时，单结管导通，C C经经e,be,b1 1向向R R1
1放电，输出一个脉冲电压。放电，输出一个脉冲电压。当当u uC C=U=UV V时时, ,单结管单结管截止，截止，R R1 1上的脉冲电压接束。上的脉冲电压接束。C C从从U UV V值又开始充电，充电到值又开始充电，充电到U UP P
63、时，又输出一个脉冲电压时，又输出一个脉冲电压.温度补偿温度补偿单相可控整流电路单相可控整流电路74ReCub1R1R2EuCtuPuVub1t充电时间常数：充电时间常数：
ReC放电时间常数：（放电时间常数：（R1+Rb1)CRe太大，使太大，使Re上产生大的压降，上产生大的压降，UC不能上升到不能上升到UP，单结晶，单结晶体管不能工作于负阻区；体管不能工作于负阻区；Re太小，太小，Ie一直大于一直大于IV，单结晶体管关不断。，单结晶体管关不断。VVePPIUERIUE
通过改变通过改变Re的大小改变电路的的大小改变电路的自振荡频率。自振荡频率。注意：注意： ReRe值的选择值的选择振荡条件：
64、振荡条件：单相可控整流电路单相可控整流电路75脉冲宽度的计算：脉冲宽度的计算：11lnCRTeTuoucupuvtw振荡周期的计算：振荡周期的计算：VP1wUUlnCRt 单相可控整流电路单相可控整流电路76三、单结晶体管同步触发电路三、单结晶体管同步触发电路
振荡的电路的输出作为触发脉冲必须使它与主电路同步，振荡的电路的输出作为触发脉冲必须使它与主电路同步，以保证在每个周期内整流电路的控制角相等。以保证在每个周期内整流电路的控制角相等。1.1.电路结构电路结构单相可控整流电路单相可控整流电路77tudtub12.2.工作原理工作原理单相双半波整流输出电压波形与单相双半波整流输出电压波形与单相
65、桥式整流输出电压波形相同。单相桥式整流输出电压波形相同。振荡电路两端的电压时梯形波振荡电路两端的电压时梯形波。晶闸管由第一个触发脉冲触发导通，后面脉冲不起作用晶闸管由第一个触发脉冲触发导通，后面脉冲不起作用。改变改变Re可改变触发角可改变触发角。单相可控整流电路单相可控整流电路78 本本 章章 总总 结结 1.单相半波及桥式整流电路的结构。单相半波及桥式整流电路的结构。
2.负载为电阻、阻感、电感足够大，反电动势负载负载为电阻、阻感、电感足够大，反电动势负载 等情形下的工作原理和波形分析；等情形下的工作原理和波形分析； 3.各种情形下对平均电压，平均电流，有效电流，各种情形下对平均电压，平均电流，有效电流， 功率因数等参数的计算。功率因数等参数的计算。 4.晶闸管的触发电路。晶闸管的触发电路。 作业：作业：4，5，7
